日前

《科學(xué)》(Science)

發(fā)表了

我校前沿交叉科學(xué)技術(shù)研究院

最新科研成果

《二維半導(dǎo)體的原子層鍵合接觸》

（Atomic layer bonding contacts in two-dimensional semiconductors）

Science, 390, 6775, 813-818, (2025)

該成果提出了原子層鍵合的原創(chuàng)學(xué)術(shù)思想，發(fā)展了二維半導(dǎo)體材料原子層精準(zhǔn)剪裁和異質(zhì)外延全新技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了二維半導(dǎo)體材料與金屬電極的原子層鍵合，突破了二維半導(dǎo)體材料無(wú)法滿足硅基集成電路后道制造工藝熱預(yù)算的關(guān)鍵瓶頸，獲得了高溫工藝下的最低接觸電阻和最優(yōu)電學(xué)輸運(yùn)性能，充分驗(yàn)證了二維半導(dǎo)體材料在未來(lái)芯片制造的可行性。

北京科技大學(xué)前沿交叉科學(xué)技術(shù)研究院博士后高麗和博士研究生陳章毅為論文的共同第一作者，張先坤教授、張錚教授、張躍院士為論文共同通訊作者。

成果介紹

在集成電路領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的金屬與半導(dǎo)體接觸性能是器件制造的重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件制造中，通過(guò)強(qiáng)鍵合的金屬與半導(dǎo)體接觸界面，構(gòu)筑達(dá)到應(yīng)用需求的低接觸電阻、高熱機(jī)械穩(wěn)定性、以及優(yōu)異的界面熱導(dǎo)率/電導(dǎo)率的晶體管器件。然而，對(duì)于表面無(wú)懸掛鍵的二維過(guò)渡金屬硫族化合物（TMDs）材料而言，如何實(shí)現(xiàn)與金屬電極材料的強(qiáng)鍵合接觸一直是困擾二維半導(dǎo)體材料在先進(jìn)制程集成電路實(shí)現(xiàn)應(yīng)用突破的關(guān)鍵瓶頸。

圖1 原子層鍵合（ALB）接觸的設(shè)計(jì)與原子結(jié)構(gòu)表征

張躍院士團(tuán)隊(duì)以推動(dòng)二維半導(dǎo)體材料在集成電路工程化應(yīng)用為導(dǎo)向，針對(duì)金屬-二維半導(dǎo)體接觸問(wèn)題，創(chuàng)新提出了原子層鍵合（Atomic layer bonding, ALB）的原創(chuàng)學(xué)術(shù)思想，通過(guò)精準(zhǔn)去除二維半導(dǎo)體材料二硫化鉬表面的單層硫原子并直接沉積金屬電極材料，構(gòu)筑了穩(wěn)定的過(guò)渡金屬單原子層與金屬電極單原子層間的接觸界面，實(shí)現(xiàn)了電子結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，成功構(gòu)筑出兼具強(qiáng)能帶耦合和高鍵合強(qiáng)度的原子層鍵合接觸界面，獲得了逼近理論接觸極限的、低至70Ωμm的接觸電阻和高達(dá)400℃的熱機(jī)械穩(wěn)定性，達(dá)到了國(guó)際半導(dǎo)體器件與系統(tǒng)技術(shù)路線圖（IRDS）中對(duì)于高性能電子器件的應(yīng)用要求。

圖2 ALB接觸晶體管的性能

原子層鍵合（ALB）接觸作為解決二維半導(dǎo)體與金屬電極接觸界面問(wèn)題的全新技術(shù)路線，突破了限制二維半導(dǎo)體材料面向工業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸，將有力推動(dòng)二維半導(dǎo)體器件從實(shí)驗(yàn)室向規(guī)?；圃彀l(fā)展。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz2405

來(lái)源：北京科技大學(xué)前沿交叉科學(xué)技術(shù)研究院